摘 要

长期处于水下冲刷状态下的桥梁墩柱，随着时间的推移，容易产生各种各样的病害，而飞溅区内（水下0～5 m）由于易出现干湿交替现象，加速电化学腐蚀过程，病害的程度往往最为严重。故而需要对桥梁水下部分进行定期检修。

在桥梁检修工程中，往往需要制造“干式”施工环境，以便于检修工作的进行；同时，尽量缩短“干式”环境的制造与撤收周期，也有助于缩短工期，快速恢复通航。基于这一需求，本毕业设计提出了桥梁桩基检修一体化套箱的设以及想配套的施工方案。套箱采用玻璃钢（FPR）材料作为外壳，以钢结构作框架以及扶强材保障强度，且将套箱分为若干模块，方便拼接，灵活适应各种工况。在作出套箱的三维模型后，本设计还利用ANSYS进行了有限元仿真，校核了在设计工况中套箱的强度。

相对于传统的“干式”环境的制造方法，桥梁桩基检修一体化套箱具有灵活性高，施工简单，可重复使用，经济性高的优点，具有良好的运用前景。

关键词：桥梁墩柱检修；玻璃钢；模块化拼接；有限元仿真

Abstract

Bridge piers under long-term scouring under water are prone to a variety of diseases over time, and the splash area (under water 0-5 m) is prone to alternating dry and wet phenomena, accelerating the electrochemical During the corrosion process, the degree of disease is often the most serious. Therefore, the underwater part of the bridge needs regular maintenance.

In the bridge maintenance project, it is often necessary to create a "dry" construction environment to facilitate the maintenance work; at the same time, try to shorten the "dry" environment manufacturing and withdrawal cycle, but also help shorten the construction period and quickly resume navigation. Based on this demand, this graduation design puts forward the design of integrated pile box overhaul of bridge pile foundation and the construction plan to be matched. The box uses glass fiber reinforced plastic (FPR) material as the outer shell, the steel structure is used as the frame and the reinforcement material to ensure the strength, and the box is divided into several modules, which is convenient for splicing and flexible to adapt to various working conditions. After making a three-dimensional model of the box, the design also used ANSYS to perform finite element simulation to check the strength of the box in the design conditions.

Compared with the traditional "dry" environment manufacturing method, the bridge pile foundation overhaul integrated box has the advantages of high flexibility, simple construction, reusability, high economy, and good application prospects.

Key Words：Integration of bridge maintenance；Fiberglass；Modular splicing; Finite element simulation．

目 录

第一章 绪论 1

1.1目的及意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 水下检测方法研究现状 3

1.1.3 水下维修方法研究现状 3

1.1.4 止水胶囊在桥梁水下维修中的应用现状 4

1.1.5 玻璃钢材料的发展现状 4

1.1.6 设计目的 5

1.2 设计的基本内容，目标，拟采用的技术方案及措施 5

1.2.1 设计的基本内容与目标 5

1.2.2 设计目标工况 6

1.2.3 拟采用的技术方案与措施 7

1.3 桥梁墩柱检修一体化套箱可行性分析 7

第二章 桥梁墩柱水下检修一体化套箱设计方案 9

2.1 套箱总体构造 9

2.2 套箱外壳 9

2.3 套箱框架及扶强材 10

2.4 套箱定位系统 11

2.4.1 套箱各个模块之间的紧固 11

2.4.2 套箱整体定位 12

2.5 套箱隔水系统 13

2.6 套箱排水系统 14

2.7 套箱通风系统 14

2.8 套箱照明与供电系统 14

2.9 安全保障设备 15

2.10 套箱内部上下通道 15

2.11 套箱配套安装设备 15

第三章 设计工况下套箱的浮力平衡 17

3.1 重量计算 17

3.2 浮力计算 17

3.4 浮力平衡方法的选择 18

第四章 设计工况下套箱的有限元仿真 20

4.1 套箱侧面受力分析 20

4.2 套箱底部受力分析 21

4.3 考虑波浪的影响 21

4.4 仿真软件设置 22

4.5 第一次仿真结果及分析 23

4.6 方案改进 25

4.7 仿真计算总结 26

第五章 套箱具体施工步骤 28

5.1 准备阶段 28

5.2 套箱定位系统的安装 28

5.3 套箱模块的安装 29

5.4 排水以及加压载 30

5.5 套箱回收 31

第六章 设计方案总结 32

6.1 设计总结 32

6.2 桥梁水下墩柱检修一体化套箱的应用前景 32

参考文献 33

致谢 35

第一章 绪论

1.1目的及意义

1.1.1 研究背景

桥梁水下墩柱结构是桥梁的主要承重构件，相对于水上部分，水下的物理及化学条件更加复杂，随着使用时间的推移，水下桩基必然产生不同程度的病害（例如水流冲刷、淘刷、气蚀、严寒区域的冻融以及化学腐蚀及电化学腐蚀等）,另外，桥梁的桩基还可能遭遇船舶碰撞，浮冰的冲击，地震以及生物附着等环境载荷的损害^[1]。研究表明，在上述损害中，桥梁水下部分连续浸没的混凝土通常表现良好，主要在受潮和干燥的地方发生混凝土变质。而当混凝土结构被潮汐或海水喷雾等盐水交替湿润时，存在严重的暴露条件。交替湿润的部分有足够的机会与大气中的氧气接触。从而在含水环境的混凝土中，钢筋在潮汐区和飞溅区的腐蚀速度比其他区域更快。病害的积累会直接影响桥梁的安全性与耐久性。故需要对现有桥梁进行定期的水下桩基检测和维修工作^[2]。

国内桥梁出现损伤案例多有出现，例如新疆乌昌路头屯河大桥，2015年时由具有专业资质的潜水员水下探摸，录像检测发现其水下基础部分出现混凝土破损缩颈，桩基钢筋笼外露，有白色夹泥的病害情况^[3];福州乌龙江橘园洲大桥于2002年底建成通车至今，通过水下检测，发现桥梁水下部分河床下切10米以上导致多个桥墩桩基外露^[4]。地震等自然灾害也会引起桥梁桩基的损坏，例如2008年汶川地震，位于都江堰紫坪水库上游4.2KM处的庙子坪岷江特大桥受损严重，部分桥墩墩底出现环向裂缝^[5]。